Trong caàu khoâng duøng lôùp phoøng nöôùc ngoaøi phaïm vi taám ñeäm ñaøn hoài, lôùp san baèng phaûi lieân keát vöõng chaéc vôùi daàm baèng coát theùp chôø töø moái noái öôùt doïc. Noái [r]
Trang 1CHƯƠNG II :
TÍNH TOÁN KẾT CẤU BẢN LIÊN TỤC NHIỆT
THEO TIÊU CHUẨN 22TCN272-05 2.1 Cấu tạo kết cấu nhịp liên tục – nhiệt :
2.1.1 Khái niệm chung :
Kết cấu nhịp liên tục – nhiệt là kết cấu được tạo ra bằng cách nối kết cấu nhịp dầm hoặc bản giản đơn với nhau ở mức bản mặt cầu, sao cho dưới tác dụng của lực nằm ngang và nhiệt độ cầu làm việc như hệ dầm liên tục còn dưới tác dụng của trọng tải thẳng đứng thì làm việc như dầm giản đơn Chỗ nối kết cấu nhịp gọi là liên kết chốt, phần bản để nối kết cấu nhịp gọi là bản nối
Kết cấu của liên kết chốt phải đảm bảo tính liên tục của áo mặt cầu và tiếp nhận mọi nội lực sinh ra trong một chuỗi kết cấu nhịp, mà không cản trở tới sự quay ở đầu dầm (chuỗi dầm hay còn gọi là liên dầm) [5]
2.1.2 Các sơ đồ cấu tạo kết cấu nhịp liên tục – nhiệt :
Kết cấu liên tục - nhiệt có thể dùng cho các dầm hoặc bản có khẩu độ bất kỳ với tổ hợp và bố trí bất kỳ trên mặt cắt dọc cũng như trên mặt bằng Qui định chiều dài và sơ đồ của chuỗi xuất phát từ điều kiện bố trí cầu, đặc tính của kết cấu và điều kiện khí hậu của vùng xây dựng Cấu tạo của chuỗi một cách hợp lý bằng cách để cho chuyển vị do nhiệt độ xảy ra cả ở hai phía tính từ tâm chuỗi và khi đó sử dụng tối đa khả năng của kết cấu khe biến dạng (bảng 2.1)
Bảng 2.1 : Biên độ chuyển vị của một số kết cấu khe biến dạng [5]
Kết cấu khe biến dạng Biên độ
chuyển vị (mm)
- Liên tục kín bằng lớp phủ bê tông asphalt 6 – 10
- Liên tục kín bằng lớp phủ bê tông asphalt có lưới thép 15
- Máng thép co giãn nhồi đầy ma tít không có gờ cứng 15 – 20
- Máng thép co giãn nhồi đầy ma tít mép khe có gờ cứng 20
- Kết cấu nhịp liên tục – nhiệt có thể chỉ dùng toàn gối di động, hoặc đặt các gối cố định trên một trong các trụ của nó, được phép chỉ dùng gối di động khi trên chiều dài của chuỗi đều dùng gối cao su phân lớp
Trang 2- Gối cố định một cách hợp lý là đặt ở giữa chuỗi (Hình 2.1a), khi có khẩu độ nhịp khác nhau thì đặt ở nhịp có khẩu độ lớn (Hình 2.1b)
- Kết cấu liên tục – nhiệt dùng trong vùng động đất nên thiết kế chỉ dùng gối
di động (Hình 2.1c)
- Khi chiều dài chuỗi đặt trên độ dốc dọc lớn, hợp lý hơn cả là đặt gối cố định
ở phía dưới dốc (Hình 2.1d) điều đó làm cho các liên kết chốt chịu lực nén
- Khi đặt kết cấu nhịp trên trụ mềm, mỗi trụ đều phải đặt gối cố định và di động (Hình 2.1e) Việc sử dụng gối cao su phân lớp không đòi hỏi biện pháp phụ để trụ tham gia làm việc theo chuyển vị dọc cầu
a) Có gối cố định:
b) Có gối cố định:
c) Không có gối cố định :
d) Cầu nằm trên độ dốc dọc :
e) Cầu trên trụ mềm, dùng cho vùng đất lún, động đất :
Gối cao su phân lớp Δ Gối cố định
Ο Gối di động Ω Khe biến dạng
Hình 2.1 : Sơ đồ cấu tạo chuỗi
2.1.3 Các phương pháp nối liên tục – nhiệt :
2.1.3.1 Dầm tiết diện chữ T nối ở bản mặt cầu và theo mối nối ướt dọc cầu :
a) Trường hợp nối ở bản mặt cầu [5] :
Trang 3Nối theo bản mặt cầu, hoặc một phần chiều dài của bản, phải đảm bảo điều kiện xe chạy tốt nhất cũng như sự vững chắc của kết cấu và được coi là dạng cơ bản của mối nối trong kết cấu nhịp liên tục nhiệt
Nối kết cấu nhịp lắp ghép theo bản mặt cầu thì khi chế tạo dầm đầu bản cánh cần để cốt thép chờ nằm ngang, chiều dài phần bản cánh để chừa lại lấy bằng một nửa chiều dài bản nối đã trừ đi khoảng cách đầu dầm kề nhau và cộng với 30 lần đường kính cốt thép nối bản cánh, không cần để cốt thép chờ từ cuống dầm trong phạm vi nối bản cánh (Hình 2.2b)
Khi khoảng cách giữa hai đầu dầm kề nhau tương đối lớn (Hình2.2c,d) tốt nhất vẫn dùng dầm có phần bản cánh để chừa lại
Cho phép nối tựa lên xà ngang đầu trụ thông qua bản đệm đàn đồi có chiều dày không nhỏ hơn 0,5m không kể cả trường hợp dầm đặt lên gối cao su phân lớp
b) Trường hợp nối một phần chiều dày của bản thực hiện tương tự như nối bản mặt cầu (bản cánh dầm) [10]
Nối thép mối nối ướt dọc (Hình 2.3) áp dụng ở kết cấu nhịp có chiều rộng mối nối nhỏ hơn 30cm Để lớp áo mặt cầu phủ liên tục qua khoang hở giữa 2 đầu kề nhau phải đặt ván gỗ dán bịt kín
Hình 2.2 : Sơ đồ nối theo bản mặt cầu
Trang 42.1.3.2 Đối với kết cấu dầm bản : dùng bản nối hoặc theo mối nối then dọc và một
phần chiều dày của bản
Mặt cắt II-II
Mặt cắt I-I
Mặt cắt I-I
Mặt cắt II-II
Hình 2.4 : Sơ đồ nối theo mối nối dạng bản
cá dọc cầu Hình 2.5 : Sơ đồ nối theo mối nối then dọc và một phần chiều dày của bản
Khi kết cấu nhịp là dầm bản nối bằng các bản cá đặt ở đầu bản, thì khi chế tạo dầm bản, người ta đặt những cấu kiện chôn sẵn và khi lắp ráp hàn vào đó bản nối hoặc thanh nối khi đó phải đảm bảo chiều rộng khe hở giữa hai đầu bản có chiều dài tự do 10-15cm (hình 2.4)
Khi kết cấu nhịp là bản có lỗ rỗng nối theo mối nối then dọc, khi chế tạo cách đầu bản chiều dài 50-60cm phía trên không để phần gờ, hoặc khi lắp ráp thì đập bỏ phần gờ đó Dọc mối nối đặt cốt thép có mặt cắt theo tính toán trên chiều dài 25 – 30cm cốt thép được cách ly không cùng làm việc với bêtông bằng cách lấy bao tải tẩm nhựa đường, giấy dầu vải pô-li-ê-ti-len bọc lại Đặt cốt thép và lắp đầy vào mối nối then dọc, đầm chặt cẩn thận để đảm bảo dính kết với mặt hông của bản và để tạo thành then nối Chiều dầy bêtông giữa hai đầu dầm bản kế nhau không lớn quá 6 –8cm (hình 2.5)
2.1.3.3 Một số dạng khác :
a) Nối kết cấu nhịp theo lớp phủ bêtông xi măng [10]:
Khi nối kết cấu nhịp theo lớp đệm bêtông ximăng, mác bêtông không được nhỏ hơn 300 và chiều dày không nhỏ hơn 60mm Khi đó từ mặt cắt cố định đến đầu chuỗi không lớn hơn 50m
Trang 5Trong mọi trường hợp ngoài chỗ nối theo mối nối dọc, các bản nối kết cấu nhịp kề nhau (bản cánh phần xe chạy, lớp đệm và san bằng, lớp phủ bêtông ximăng) phải cách ly với kết cấu kề phía dưới Chiều dài đoạn cách ly xác định bằng tính toán Tốt nhất chiều dài đó lớn hơn hoặc tối thiểu bằng khoảng cách giữa hai gối ở đầu kết cấu nhịp kề nhau
b) Nối ở lớp san bằng trong cầu không dùng lớp phòng nước [10]:
Trong cầu không dùng lớp phòng nước ngoài phạm vi tấm đệm đàn hồi, lớp san bằng phải liên kết vững chắc với dầm bằng cốt thép chờ từ mối nối ướt dọc Nối theo lớp san bằng chỉ cho phép khi chiều dài thỏa mãn điều kiện : khoảng cách từ mặt cắt cố định đến đầu chuỗi không được vượt quá 100m
Liên kết chốt của kết cấu nhịp theo bản cánh của dầm theo lớp đệm và lớp san bằng được thực hiện trên toàn bộ chiều rộng của kết cấu nhịp, hoặc chỉ trên chiều rộng của xe chạy
c) Trường hợp nối kết cấu nhịp theo mối nối ướt dọc mà đầu trụ có xà ngang mặt cắt chữ T thì phần bản mặt cầu nằm trên xà ngang được đổ bê tông đồng thời với mối nối ướt dọc và toàn bộ mặt phẳng của bản tựa lên lớp đệm đàn hồi để không làm cản trở chuyển vị dọc Cách nối này áp dụng với chiều dài chuỗi không lớn hơn 50m và gối đỡ có dạng bất kỳ không kể khi dùng gối đỡ phân lớp [5]
d) Ở cầu xiên sơ đồ nối cũng giống như cầu thẳng, dầm xiên được thiết kế đặc biệt có phần cánh để chừa lại hoặc dùng dầm xiên định hình Khi dùng dầm định thì cần cắt bỏ cốt thép chờ từ cuống dầm trong phạm vi bản nối tới mức mép dưới bản cánh và đổ bê tông xong cuống dầm trước Khi đó không cần đặt dầm ngang đầu dầm đã được xét trong thiết kế định hình của dầm xiên
Ở cầu xiên cũng có thể nối theo mối nối ướt dọc [5]
e) Kết cấu nhịp của cầu trên mặt bằng là đoạn cong thì được nối theo bản mặt cầu Mặt bằng bản nối có dạng hình thang Khi bán kính cong nhỏ, bản nối phía bụng và lưng đường cong khác nhau nhiều, thì bản nối ở phía bụng đường cong có thể tạo nên kết cấu nửa chốt [5]
a) Nối theo lớp bêtông đệm :
Trang 6Việc tính ứng suất kéo trong cốt thép do tải trọng sử dụng dựa trên đặc trưng
tiết diện nứt chuyển sang đàn hồi [A5.7.1] Dùng tỷ số môđun đàn hồi n = ES/EC
để chuyển cốt thép sang bêtông tương đương Môđun đàn hồi ES của cốt thép là
200000 Mpa [A5.4.3.2] Môđun đàn hồi của EC được cho bởi :
Trong đó :
- γc : tỷ trọng của bêtông, γc = 2500 kg/m3;
- fc’ : cường độ chịu nén của bêtông 28 ngày (MPa)
c) Kiểm tra mỏi của thanh cốt thép [1]:
Trạng thái giới hạn mỏi (bảng 3.5) [bảng 3.4.4.1.1] :
Uf = ηΣγiQi = 0,75(LL+IM) Tải trọng mỏi :
- Một xe tải với khoảng cách giữa các trục 145KN là 9000mm [A3.6.1.4]
- Hệ số xung kích : IM = 75% [A3.6.1.4]
- Dùng hệ số phân bố cho một làn xe
- Bỏ đi hệ số làn 1,2 [C3.6.1.1.2]
Biên độ ứng suất trong thanh cốt thép thẳng, do tổ hợp tải trọng mỏi không
được vượt quá :
ff = 145 - 0,33fmin + 55 (r
Trong đó :
- ff : Biên độ ứng suất (MPa);
- fmin : mức ứng suất nhỏ nhất theo giá trị đại số xảy ra do tổ hợp tải
trọng mỏi kết hợp với các ứng suất phát sinh do các tải trọng thường
xuyên hoặc tải trọng thường xuyên co ngót và tải trọng do từ biến, lấy
giá trị dương khi chịu kéo, giá trị âm khi chịu nén (MPa)
- r/h : tỷ số giữa bán kính đáy với chiều cao của các biến dạng cong
ngang Nếu giá trị thực này không biết, có thể lấy bằng 0,3
d) Kiểm tra lượng cốt thép tối đa [1]:
Hàm lượng thép tối đa phải được giới hạn sao cho :
e
c
Trang 7Trong đó :
A f d A f d
A f A f
+
ở đây :
- c : khoảng cách từ thớ chịu nén ngoài cùng đến trục trung hoà (mm);
- de : khoảng cách hữu hiệu tương ứng từ thớ chịu nén ngoài cùng đến
trọng tâm lực kéo của cốt thép chịu kéo (mm)
Nếu phương trình (2.54) không thoả, mặt cắt sẽ bị coi là quá nhiều thép
Mặt cắt quá nhiều thép có thể được dùng trong các cấu kiện dự ứng lực hay dự
ứng lực một phần chỉ khi phân tích và thực nghiệm chứng tỏ có thể thực hiện
được độ dẻo đầy đủ của kết cấu Không cho phép các mặt cắt bêtông cốt thép
quá nhiều thép